Билет №10

Рас­смот­рен­ные нами ранее виды фор­мул, опи­сы­ва­ю­щих ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства, по­ка­зы­ва­ют, что одной мо­ле­ку­ляр­ной может со­от­вет­ство­вать несколь­ко раз­ных струк­тур­ных фор­мул.

На­при­мер, мо­ле­ку­ляр­ной фор­му­ле C2H6O со­от­вет­ству­ют два ве­ще­ства с раз­ны­ми струк­тур­ны­ми фор­му­ла­ми – эти­ло­вый спирт и ди­ме­ти­ло­вый эфир. Рис. 1.

 Эти­ло­вый спирт – жид­кость, ко­то­рая ре­а­ги­ру­ет с ме­тал­ли­че­ским на­три­ем с вы­де­ле­ни­ем во­до­ро­да, кипит при +78,50С. При тех же усло­ви­ях ди­ме­ти­ло­вый эфир – газ, не ре­а­ги­ру­ю­щий с на­три­ем, кипит при -230С.

Эти ве­ще­ства от­ли­ча­ют­ся своим стро­е­ни­ем – раз­ным ве­ще­ствам со­от­вет­ству­ет оди­на­ко­вая мо­ле­ку­ляр­ная фор­му­ла.

Рис. 1. Меж­клас­со­вая изо­ме­рия

Яв­ле­ние су­ще­ство­ва­ния ве­ществ, име­ю­щих оди­на­ко­вый со­став, но раз­ное стро­е­ние и по­это­му раз­ные свой­ства на­зы­ва­ют изо­ме­ри­ей (от гре­че­ских слов «изос» – «рав­ный» и «мерос» – «часть», «доля»).

Типы изо­ме­рии

Су­ще­ству­ют раз­ные типы изо­ме­рии.

Струк­тур­ная изо­ме­рия свя­за­на с раз­ным по­ряд­ком со­еди­не­ния ато­мов в мо­ле­ку­ле.

Эта­нол и ди­ме­ти­ло­вый эфир – струк­тур­ные изо­ме­ры. По­сколь­ку они от­но­сят­ся к раз­ным клас­сам ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, такой вид струк­тур­ной изо­ме­рии на­зы­ва­ет­ся еще и меж­клас­со­вой. Рис. 1.

Струк­тур­ные изо­ме­ры могут быть и внут­ри од­но­го клас­са со­еди­не­ний, на­при­мер фор­му­ле C5H12 со­от­вет­ству­ют три раз­ных уг­ле­во­до­ро­да. Это изо­ме­рия уг­ле­род­но­го ске­ле­та. Рис. 2.

Рис. 2 При­ме­ры ве­ществ – струк­тур­ных изо­ме­ров

Су­ще­ству­ют струк­тур­ные изо­ме­ры с оди­на­ко­вым уг­ле­род­ным ске­ле­том, ко­то­рые от­ли­ча­ют­ся по­ло­же­ни­ем крат­ных свя­зей (двой­ных и трой­ных) или ато­мов, за­ме­ща­ю­щих во­до­род. Этот вид струк­тур­ной изо­ме­рии на­зы­ва­ет­ся изо­ме­ри­ей по­ло­же­ния.

Рис. 3. Струк­тур­ная изо­ме­рия по­ло­же­ния

В мо­ле­ку­лах, со­дер­жа­щих толь­ко оди­нар­ные связи, при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре воз­мож­но почти сво­бод­ное вра­ще­ние фраг­мен­тов мо­ле­ку­лы во­круг свя­зей, и, на­при­мер, все изоб­ра­же­ния фор­мул 1,2-ди­хлор­эта­на рав­но­цен­ны. Рис. 4

Рис. 4. По­ло­же­ние ато­мов хлора во­круг оди­нар­ной связи

Если же вра­ще­ние за­труд­не­но, на­при­мер, в цик­ли­че­ской мо­ле­ку­ле или при двой­ной связи, то воз­ни­ка­ет гео­мет­ри­че­ская или цис-транс изо­ме­рия. В цис-изо­ме­рах за­ме­сти­те­ли на­хо­дят­ся по одну сто­ро­ну плос­ко­сти цикла или двой­ной связи, в транс-изо­ме­рах – по раз­ные сто­ро­ны.

Цис-транс изо­ме­ры су­ще­ству­ют в том слу­чае, когда с ато­мом уг­ле­ро­да свя­за­ны два раз­ных за­ме­сти­те­ля. Рис. 5.

Рис. 5. Цис- и транс- изо­ме­ры

Еще один тип изо­ме­рии воз­ни­ка­ет в связи с тем, что атом уг­ле­ро­да с че­тырь­мя оди­нар­ны­ми свя­зя­ми об­ра­зу­ет со сво­и­ми за­ме­сти­те­ля­ми про­стран­ствен­ную струк­ту­ру – тет­ра­эдр. Если в мо­ле­ку­ле есть хотя бы один уг­ле­род­ный атом, свя­зан­ный с че­тырь­мя раз­ны­ми за­ме­сти­те­ля­ми, воз­ни­ка­ет оп­ти­че­ская изо­ме­рия. Такие мо­ле­ку­лы не сов­па­да­ют со своим зер­каль­ным изоб­ра­же­ни­ем. Это свой­ство на­зы­ва­ет­ся хи­раль­но­стью – от гре­че­ско­го сhier – «рука». Рис. 6. Оп­ти­че­ская изо­ме­рия ха­рак­тер­на для мно­гих мо­ле­кул, вхо­дя­щих в со­став живых ор­га­низ­мов.

Рис. 6. При­ме­ры оп­ти­че­ских изо­ме­ров

Оп­ти­че­ская изо­ме­рия на­зы­ва­ет­ся также энан­тио­ме­ри­ей (от гре­че­ско­го enantios – «про­ти­во­по­лож­ный» и meros – «часть»), а оп­ти­че­ские изо­ме­ры – энан­тио­ме­ра­ми. Энан­тио­ме­ры оп­ти­че­ски ак­тив­ны, они вра­ща­ют плос­кость по­ля­ри­за­ции света на один и тот же угол, но в про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны: d-, или (+)-изо­мер, – впра­во, l-, или (–)-изо­мер, – влево. Смесь рав­ных ко­ли­честв энан­тио­ме­ров, на­зы­ва­е­мая ра­це­ма­том, оп­ти­че­ски неде­я­тель­на и обо­зна­ча­ет­ся сим­во­лом d,l- или (±).